ES2886212T3 - Dispositivo de soldadura y método para realizar una unión soldada de componentes utilizando material adhesivo para la unión temporal de los componentes - Google Patents

Dispositivo de soldadura y método para realizar una unión soldada de componentes utilizando material adhesivo para la unión temporal de los componentes Download PDF

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Aaron Hutzler
Christoph Oetzel
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Pink Thermosysteme GmbH
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Abstract

Método para realizar una unión soldada entre una pluralidad de componentes (12A, 12B) en una cámara (74) de proceso sellada del entorno mediante el calentamiento y la fusión de material (16) de soldadura que está dispuesto entre los componentes (12A, 12B) a unir, donde los componentes (12A, 12B) a unir se unen provi- sionalmente con un material adhesivo (18) para formar un conjunto (10) de soldadura en el que los compo- nentes (12A, 12B) se fijan entre sí en una posición de unión, caracterizado por que el conjunto (10) de soldadura se calienta hasta una temperatura intermedia que es inferior a la temperatura de fusión del material (16) de soldadura a presión atmosférica y por que la presión en la cámara (74) de proceso se reduce hasta una presión inferior a la presión de vaporización del material adhesivo (18) a la temperatura intermedia para que el material adhesivo (18) se vaporice, donde en primer lugar la presión en la cámara (74) de proceso se reduce hasta una presión superior a la presión de vaporización del material adhesivo (18) a la temperatura intermedia para que el material adhesivo (18) no se evapore todavía, posteriormente se introduce en la cá- mara (74) de proceso un detergente, en particular ácido metanoico, hidrógeno o un plasma, para limpiar el conjunto (10) de soldadura, y posteriormente además se reduce la presión en la cámara (74) de proceso hasta una presión inferior a la presión de evaporación del material adhesivo (18) a la temperatura intermedia.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de soldadura y método para realizar una unión soldada de componentes utilizando material adhesivo para la unión temporal de los componentes
La presente invención se refiere a un método para realizar una unión soldada entre una pluralidad de componentes en una cámara de proceso sellada del entorno mediante el calentamiento y la fusión de material de soldadura que está dispuesto entre los componentes a unir (véase el documento US 2015/314385 A1, el cual describe el preámbulo de la reivindicación 1).
Estado de la técnica
Por «componentes» se entienden generalmente los soportes de circuito, los sustratos, los soportes de sustrato, las placas base, los soportes de piezas, los soportes de montaje o similares hechos de metal, cerámica, plástico u otros materiales o cualquier combinación de materiales, así como los componentes que se montan en ellos, como los chips semiconductores de potencia, los conjuntos (semiconductores) o similares.
Mediante un método genérico se realizan, en particular, soldaduras de gran superficie, en las que, por ejemplo, se sueldan o se sueldan entre sí componentes semiconductores, componentes microelectrónicos o chips semiconducto­ res de potencia, tales como transistores o diodos en placas de circuitos impresos, IGBT, MOSFET o diodos en sustra­ tos cerámicos metalizados u otros soportes de circuito, o en las que se sueldan sustratos cerámicos metalizados a placas base metálicas y/o disipadores térmicos. Las placas de circuito impreso que se van a unir a los disipadores térmicos también se pueden soldar en un dispositivo de soldadura genérico.
Para conseguir un resultado óptimo de la soldadura, la soldadura fundida junto con los componentes a unir debe calentarse de forma controlada por encima del punto de fusión de la soldadura, incluso a una sobrepresión de más de 1013 mbar, y posteriormente enfriarse de forma controlada por debajo del punto de solidificación de la soldadura para unir los componentes entre sí sin que queden huecos.
Las uniones soldadas se realizan generalmente en una cámara de proceso sellada del entorno, en particular una cámara de proceso que puede ser evacuada, en la que se dispone un dispositivo de soldadura, que comprende una placa base y una placa de presión, entre las que se aloja un conjunto de soldadura que comprende el componente o componentes y el material de soldadura. La placa base y la placa de presión son ajustables entre sí con respecto a su distancia para ejercer una fuerza de prensado sobre el conjunto de soldadura. Al mismo tiempo, la placa de presión y/o la placa base pueden hacer que los componentes y el material de soldadura se calienten y/o se enfríen. Para ello, dichas placas pueden acoplarse térmicamente con las correspondientes fuentes de calor y/o disipadores térmicos.
Generalmente, los componentes y el material de soldadura, que puede disponerse, por ejemplo, en forma de plaquetas de soldadura o polvo de soldadura, se agrupan hasta formar una pila antes de introducirse en la cámara de proceso.
Sin embargo, durante la manipulación requerida de los componentes fuera y/o dentro de la cámara de proceso, y también durante el proceso de soldadura propiamente dicho, existe el riesgo de que los componentes a soldar no estén en la posición deseada unos respecto a otros después de la solidificación del material de soldadura fundido. Pueden producirse desviaciones con respecto a la posición lateral de los componentes, así como con respecto a la distancia entre ellos.
En el documento US 4801 069 A se describe un método y una disposición para soldar componentes en una atmósfera de gas, donde en una primera etapa se coloca una plaqueta de soldadura mediante un material adhesivo en una placa como soporte de circuito y se fija al menos temporalmente mediante calentamiento, y en una etapa posterior se fija temporalmente un componente a soldar en la plaqueta de soldadura y el soporte de circuito mediante otro material adhesivo con aplicación de presión antes de una operación de soldadura. El proceso tiene varias fases e implica el calentamiento y el enfriamiento repetido de los componentes, de manera que, por un lado, se produce una operación de mecanizado costosa desde un punto de vista energético y térmicamente estresante cuyos tiempos de proceso son relativamente largos. Debido a la disposición en varias fases, es fácil que se produzca un posicionamiento incorrecto. La naturaleza multietapa del método hace que no sea posible su aplicación en una atmósfera de vacío.
En el documento US 2009/0085227 A1 se propone un método y un dispositivo para el ensamblaje flip-chip de un componente a un soporte de circuito, en el que se consigue una distancia predefinida mediante un dispositivo de aplicación con un bastidor de montaje que, guiado por un sello de vacío, coloca un componente a pegar en un soporte de circuito. Después de posicionar el componente a unir en el soporte de circuito mediante el bastidor de montaje, se realiza una unión calentando una resina de polvo de soldadura intermedia, de manera que se forma una atmósfera de gas del material de soldadura que se libera por medio de convección, de modo que únicamente se sueldan las super­ ficies de contacto a unir. Aquí no se propone un agente adhesivo para la alineación y fijación temporales, ni una aplicación posterior de presión durante y después del proceso de unión para mantener posteriormente una distancia y alineación mínimas entre sí.
En el documento US 5175410 A se describe un dispositivo de sujeción para las patas de contacto eléctrico de un componente a soldar en un soporte de circuito para el montaje de chips en cinta, donde el dispositivo de sujeción presiona las patas de contacto que sobresalen circunferencialmente del componente sobre la superficie del soporte de circuito durante el proceso de soldadura. Unas barras de presión exteriores se utilizan para presionar las zonas finales a soldar de las patas de contacto sobre las superficies de soldadura del soporte de circuito, mientras que unas barras de presión interiores se aplican directamente sobre la carcasa del componente a soldar. Por lo tanto, solo se presionan áreas selectivas a unir del componente directamente sobre el soporte de circuito, y no resulta posible una altura predefinible del conjunto de soldadura global, ni tampoco una soldadura controlada de áreas situadas entre el componente y el soporte de circuito. El dispositivo de sujeción solo puede utilizarse para componentes con patas de contacto circunferencialmente externas.
El objeto de la invención es proporcionar un método del tipo mencionado al principio, en el que los componentes puedan unirse de forma más rápida y económica con una precisión dimensional mejorada.
Objeto de la invención
El objeto se consigue mediante un método que tiene las características de la reivindicación 1. Varias realizaciones ventajosas del método son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Se propone que los componentes que se van a unir se unan provisionalmente con un material adhesivo para formar un conjunto de soldadura en el que los componentes se fijan entre sí en una posición de unión. Esto evita que los componentes resbalen entre sí durante el montaje en el conjunto de soldadura y/o durante la manipulación del conjunto de soldadura, por ejemplo, al introducirlo en la cámara de proceso.
La unión temporal de los componentes mediante el material adhesivo se efectúa ventajosamente por medio de fuerzas de adhesión que actúan en las superficies limítrofes entre el material adhesivo y los componentes o el material de soldadura.
Según una realización ventajosa, se selecciona un material adhesivo que se evapore sin dejar ningún residuo durante la realización de la unión soldada. De esta forma se garantiza que la calidad de la unión soldada no se vea perjudicada por ningún residuo del material adhesivo.
El material adhesivo puede rociarse antes o durante el posicionamiento de los componentes en el portapiezas o apli­ carse de forma dirigida, por ejemplo, a la manera de un dispositivo de trazado X-Y, a puntos y áreas predeterminados de los componentes, del portapiezas y/o del portapiezas previsto para ello, de forma puntual, lineal o superficial. La aplicación del material adhesivo se lleva a cabo preferentemente de manera automatizada para permitir la producción en serie con un alto índice de flujo.
Preferiblemente, el proceso de soldadura se lleva a cabo con plaquetas de soldadura, las llamadas preformas, por lo que se puede prescindir del uso de pasta de soldadura, que puede contener fundente.
Según otra realización ventajosa, la temperatura de evaporación del material adhesivo a una presión de evaporación inferior a la presión atmosférica es inferior a la temperatura de fusión del material de soldadura a presión atmosférica o incluso a una sobrepresión superior a 1013 mbar. Esto asegura que el material adhesivo pueda evaporarse comple­ tamente antes de que el material de soldadura se funda. Para ello no es absolutamente necesario que la temperatura de evaporación del material adhesivo a presión atmosférica sea inferior a la temperatura de fusión del material de soldadura; también puede ser superior.
Según la invención, se prevé que el conjunto de soldadura se caliente hasta una temperatura intermedia que sea inferior a la temperatura de fusión del material de soldadura a presión atmosférica o incluso a una sobrepresión supe­ rior a 1013 mbar, y que la presión en la cámara de proceso se reduzca hasta una presión inferior a la presión de evaporación a la temperatura intermedia, de modo que el material adhesivo se evapore. El descenso de la presión en la cámara de proceso puede tener lugar, ventajosamente, solo después de que el conjunto de soldadura se haya calentado hasta la temperatura intermedia. Sin embargo, también es posible bajar la presión antes de alcanzar la temperatura intermedia. El descenso de la presión puede hacerse de forma continua o por etapas. Sin embargo, es necesario asegurarse de que el material adhesivo pueda evaporarse antes de que el material de soldadura se funda.
También según la invención, se prevé que la presión en la cámara de proceso se reduzca primero hasta una presión superior a la presión de evaporación del material adhesivo a la temperatura intermedia, de modo que el material adhesivo no se evapore todavía, que posteriormente se introduzca en la cámara de proceso un detergente, en particular ácido metanoico, hidrógeno o un plasma, para limpiar el conjunto de soldadura, y que posteriormente la presión en la cámara de proceso se reduzca hasta una presión inferior a la presión de evaporación del material adhesivo a la temperatura intermedia. En particular, la introducción de un plasma en la cámara de proceso también se entiende como una generación del plasma en la propia cámara de proceso, por lo que, si es necesario, se puede introducir en la cámara de proceso una sustancia adecuada para ser ionizada. Esta realización tiene la ventaja de que durante el proceso de limpieza sigue existiendo una unión provisional entre los componentes y/o el material de soldadura. Cuando la presión en la cámara de proceso cae hasta una presión inferior a la presión de evaporación del material adhesivo a la temperatura intermedia, el material adhesivo y el material de limpieza pueden extraerse juntos de la cámara de proceso.
Según otra realización ventajosa, la temperatura intermedia puede mantenerse a un valor de temperatura predetermi­ nado o dentro de un rango de temperatura predeterminado durante la disminución de la presión en la cámara de proceso hasta una presión inferior a la presión de evaporación del material adhesivo al menos hasta que el material adhesivo se evapore completamente. El valor de temperatura o el rango de temperatura mencionado es siempre inferior a la temperatura de fusión a presión normal o también a una sobrepresión superior a 1013 mbar. Esto reduce aún más el riesgo de que queden restos de material adhesivo en el conjunto de soldadura cuando se funda el material de soldadura.
Según otra realización ventajosa, se puede prever que el material adhesivo esté dispuesto en la zona de los bordes y/o esquinas y/o en el centro o la zona central de los componentes a unir y/o del material de soldadura. De este modo, el material adhesivo puede aplicarse muy fácilmente.
Según una realización ventajosa, se prevé que la fusión del material de soldadura tenga lugar después de la evapo­ ración del material adhesivo para evitar las impurezas del material de soldadura.
Según otra realización ventajosa, se puede prever que el material adhesivo sea líquido o pastoso y comprenda en particular un alcohol terpénico, en particular isobornil ciclohexanol. El estado líquido o pastoso deseado debe estar presente al menos a temperatura ambiente y presión atmosférica.
También se pueden utilizar mezclas o soluciones adecuadas de diversas sustancias como material adhesivo. En par­ ticular, también se puede añadir un relleno o espesante al material adhesivo. Sin embargo, debe garantizarse que los componentes del material adhesivo, que pueden ser sólidos a temperatura ambiente y presión atmosférica, puedan también evaporarse a temperatura elevada y presión reducida según las condiciones anteriores antes de que el ma­ terial de soldadura se funda.
Según otra realización ventajosa, se prevé que el conjunto de soldadura esté alojado en un dispositivo de soldadura dispuesto en la cámara de proceso al menos durante la fusión del material de soldadura, donde el dispositivo de soldadura tiene una placa base y una placa de presión, entre las cuales se aloja el conjunto de soldadura y que son ajustables entre sí con respecto a su espaciado para ejercer una fuerza de prensado sobre el conjunto de soldadura, y tiene también un dispositivo de tope que limita la distancia entre la placa base y la placa de presión a una distancia mínima para que el conjunto de soldadura tenga un espesor predeterminado después de la fusión del material de soldadura. El dispositivo de soldadura garantiza que los componentes y el material de soldadura estén pretensados uno contra otro y se compriman aún más después de que el material de soldadura se haya fundido, ya que el material de soldadura fundido puede extenderse más en el espacio entre los componentes y rellenar los pequeños huecos que puedan existir en él. El dispositivo de tope limita la magnitud de prensado para que el conjunto de soldadura tenga un grosor o altura definidos después de que el material de soldadura se haya solidificado. Esto mejora aún más la preci­ sión dimensional, al evitar de forma fiable no solo los desplazamientos laterales, sino también las desviaciones res­ pecto a un grosor o una altura especificados para la disposición de los componentes. Además, se evita que el material de soldadura sobresalga lateralmente entre los componentes cuando se presiona con demasiada fuerza. La invención se diferencia de los bastidores de soldadura utilizados convencionalmente en que el contacto directo solo se produce durante un corto periodo de tiempo, concretamente mientras la soldadura está en estado fundido o durante una fase de solidificación. Se evita el contacto permanente o de fijación mecánica para evitar daños o tensiones en el material.
De forma especialmente ventajosa, el dispositivo de tope puede ser utilizado en un sistema multicámara para la pro­ ducción en cadena. Dicho sistema comprende al menos dos cámaras, en particular tres cámaras para el precalenta­ miento, la unión y el enfriamiento. El dispositivo de tope se dispone de forma ventajosa al menos en la cámara de enfriamiento para proporcionar una alineación mecánica cuando la soldadura se solidifica. Además, el dispositivo de tope también puede utilizarse en la cámara de soldadura para unir los componentes, y también puede utilizarse en la cámara de precalentamiento para la alineación antes del proceso de unión. Para ello, el dispositivo de tope puede ser guiado ventajosamente a través del sistema con un portapiezas móvil.
Según una realización ventajosa, el dispositivo de tope está dispuesto en la placa base o en la placa de presión.
Según otra realización ventajosa, el dispositivo de tope es ajustable, de manera que puede ajustarse la distancia mínima. Esto permite una adaptación variable del dispositivo de tope a diferentes dimensiones o a un número diferente de componentes a unir.
Según otra realización ventajosa, se prevé que el dispositivo de tope comprenda una pluralidad de elementos de tope, en particular ajustables en longitud. De este modo se garantiza el mantenimiento de la precisión dimensional en toda la extensión lateral del conjunto de soldadura. En particular, se puede evitar el ladeado o la inclinación de la placa de presión y de la placa base entre sí.
Según una realización ventajosa, los elementos de tope pueden comprender un dispositivo de ajuste, en particular una rosca de ajuste, que interactúa con un dispositivo de ajuste complementario, en particular una rosca complemen­ taria, previsto en la placa base o en la placa de presión. De este modo se consigue fácilmente la adaptabilidad deseada del dispositivo de tope.
Según otra realización ventajosa, se prevé que los elementos de tope estén dispuestos de manera que, al alcanzar la distancia mínima, se apoyen con un extremo libre respectivo en un componente del conjunto de soldadura, en un bastidor base que soporta uno de los componentes o en la placa base. Si los elementos de tope deben apoyarse en un componente del conjunto de soldadura, este componente debería ser un componente de terminación, que forme, por así decirlo, un fondo o tapa de la pila de componentes y sobresalga lateralmente respecto a los otros componentes del conjunto de soldadura. Sin embargo, los elementos de tope también pueden hacer tope contra otros conjuntos. Así, los elementos de tope que se fijan, por ejemplo, a la placa de presión, pueden hacer tope contra un bastidor base que se utiliza como soporte de componentes, o incluso contra la propia placa base. Por ejemplo, el bastidor base puede incluir un soporte de circuito como componente de terminación del conjunto de soldadura.
En los procesos de unión por soldadura y sinterización en el ámbito de la ingeniería eléctrica y electrónica, la gestión de la temperatura tiene una gran influencia en la calidad, la fiabilidad y la vida útil de un producto. Durante la fase de enfriamiento del material de soldadura pueden formarse granos o islas de soldadura durante el curado, por lo que las propiedades específicas del material, como el módulo de elasticidad, el coeficiente de temperatura del material de soldadura y la orientación de la forma del grano de la soldadura, influyen de forma significativa en la unión. La propie­ dad de fatiga de la unión depende esencialmente del tamaño del grano de la soldadura. Se ha demostrado en el ámbito de la invención que es posible influir en el tamaño y la orientación de los granos de forma selectiva mediante el ajuste selectivo de la temperatura durante la fase de calentamiento, pero en particular durante la fase de enfriamiento. En este caso, es deseable llevar a cabo el ajuste de temperatura no solo desde la parte inferior de los componentes, sino también desde la parte superior para mejorar el control del proceso. Esto puede reducir las tensiones mecánicas que surgen entre las piezas de unión, mejorar la alineación y minimizar las tendencias al alabeo. Así, según una realización ventajosa, la placa base y/o la placa de presión pueden ser calentadas y/o enfriadas. Para ello, la placa base y/o la placa de presión pueden incluir una fuente de calor y/o un disipador térmico, que pueden estar integrados en la placa base y/o en la placa de presión. La placa base y/o la placa de presión también pueden ser acoplables o estar acopladas térmicamente a una fuente de calor y/o a un disipador térmico, como una placa de calentamiento y/o de refrigeración. En particular, la placa base y/o la placa de presión pueden estar configuradas de manera que tengan un gradiente de temperatura en la zona de una superficie de contacto con los componentes que permita calentar y/o enfriar los com­ ponentes de manera que las zonas de los componentes cercanas al borde tengan una temperatura más alta que las zonas de los componentes alejadas del borde. Esto posibilita que el material de soldadura se solidifique desde el interior hacia el exterior, es decir, hacia los bordes. Durante el proceso de enfriamiento, el material de soldadura aún líquido puede seguir fluyendo desde el exterior hacia el interior. Esto evita la formación de huecos y/o cavidades en el material de soldadura debido a la disminución del volumen del material de soldadura durante el enfriamiento. Una realización ilustrativa de dicho dispositivo se describe en el documento WO 2016/091962 A1, cuya descripción se incorpora por referencia en su totalidad a la presente solicitud. Dicho dispositivo permite controlar específicamente la temperatura de los componentes desde arriba. En este sentido, además de la alineación mecánica, la placa de presión permite el control del ajuste de la temperatura mediante el calentamiento y/o enfriamiento selectivo desde la parte superior de los componentes. Esto se puede utilizar como técnica de unión, en particular en la sinterización, especial­ mente la sinterización a presión, de modo que, incluso después de salir de una prensa de sinterización, es posible tanto la alineación como el control del ajuste de la temperatura.
Según la realización ilustrativa antes mencionada de una función de ajuste de temperatura de la placa base y/o de la placa de presión, es particularmente ventajoso realizar el ajuste de temperatura, en particular de la placa de presión o de las zonas superficiales de la placa de presión orientadas a un lado superior del componente, mediante un termofluido o mediante uno o más elementos de ajuste de temperatura. Puede utilizarse como termofluido un fluido calefactable, en particular agua o una mezcla de agua y glicol, preferentemente a una presión de fluido elevada de 2-3 bar o más para permitir un calentamiento o enfriamiento rápidos. También se puede utilizar ventajosamente un elemento eléctrico de ajuste de la temperatura, en particular una resistencia eléctrica de calefacción o un elemento Peltier de enfriamiento o similar. Por ejemplo, se puede utilizar un elemento eléctrico para calentar y un fluido refrigerante para enfriar, o viceversa. Asimismo, se puede utilizar radiación de calor, por ejemplo, en forma de radiador infrarrojo, y así, por ejemplo, la placa de presión puede ser calentada desde arriba por radiadores IR, ventajosamente también de forma no homogénea por radiadores IR puntuales o por una máscara de radiación IR que solo deje pasar la luz infra­ rroja en puntos seleccionados de la placa de presión. Los elementos individuales de calefacción y refrigeración pueden combinarse de la forma apropiada. Así, el calentamiento por zonas es posible en diferentes fases del proceso y en diferentes áreas del dispositivo para lograr un control continuo de la temperatura durante el proceso de unión, tanto en la parte inferior de los componentes como en la superior.
De forma especialmente ventajosa, en una placa de presión de temperatura ajustable pueden disponerse resaltes sobresalientes, en particular resaltes y salientes conductores térmicos, pero también rebajes y depresiones, con el fin de aplicar presión a diferentes alturas de los componentes y conseguir un buen acoplamiento térmico. Para ello, los elementos de tope pueden colocarse directamente en el portapiezas o en la placa base, o en otros componentes como guías, bastidores de componentes, etc. Los salientes y los resaltes de la placa de recubrimiento pueden estar monta­ dos de forma elástica en relación con la placa de recubrimiento, de modo que la presión de contacto de los resaltes en relación con la superficie del componente depende de una distancia relativa de la placa de recubrimiento con respecto a la superficie del componente. Esto puede permitir el ajuste de temperatura prematuro del componente antes de que se aplique la máxima presión, por lo que la temperatura de la soldadura puede mantenerse selectivamente en la fase plastificada o en una fase líquida antes de que se aplique la máxima presión de contacto.
Ventajosamente, también pueden preverse varias placas de presión, cada una de ellas provista de un dispositivo de tope, que pueden ajustarse en altura y desplazarse con respecto al portapiezas, ya sea conjuntamente o por separado. De esta manera, los componentes individuales pueden ser sometidos a presión con un retraso de tiempo y contactados a efectos de ajustar la temperatura. Las placas de presión pueden definir respectivamente zonas individuales de ajuste de temperatura, o pueden ser ajustadas mediante un único medio de ajuste de temperatura o un único dispositivo de ajuste de temperatura, de modo que los componentes sean tratados térmicamente desde arriba de diferentes maneras según su capacidad térmica. En caso de que las placas de presión puedan desplazarse individualmente, la presión de contacto puede ajustarse de forma diferente en función del conjunto de componentes.
El elemento o los elementos de tope del dispositivo de tope pueden estar provistos de zonas de superficie de los componentes para el acoplamiento térmico, y su dimensión y forma pueden estar diseñadas específicamente para la entrada o la eliminación no homogénea de calor.
Según otra realización ventajosa, el dispositivo de soldadura tiene una unidad portadora en la que se apoya o se monta directa o indirectamente de forma elástica la placa de presión. Sin embargo, de forma alternativa o adicional, la placa base también puede estar en principio apoyada o montada directa o indirectamente de forma elástica. En parti­ cular, el apoyo o el montaje elástico garantiza que el dispositivo de tope pueda apoyarse uniformemente sobre una superficie de acoplamiento correspondiente, es decir, sobre un componente, sobre la placa base o sobre el bastidor base, especialmente cuando hay una pluralidad de elementos de tope. Además, se evita que un dispositivo de ajuste previsto para el ajuste relativo entre la placa base y la placa de presión aplique una fuerza de prensado superior a la admisible, la cual podría dañar el dispositivo de soldadura.
Según otra realización ventajosa, se puede prever que la fuerza elástica ejercida por la placa de presión sobre el conjunto de soldadura sea ajustable. Esto puede hacerse, por ejemplo, utilizando resortes intercambiables de diferen­ tes longitudes y/o con diferentes constantes de resorte. También pueden preverse resortes ajustables que ajustan, por ejemplo, la longitud efectiva de los resortes. Esto permite limitar la fuerza de prensado que actúa sobre el conjunto de soldadura, además de la limitación de la fuerza de prensado que realiza el dispositivo de tope.
Según otra realización ventajosa, la placa base es ajustable con respecto a la unidad portadora. Por ejemplo, es posible apoyar la unidad portadora en la cámara de proceso mientras la placa base puede ser ajustada. Sin embargo, también es concebible una solución inversa con una placa base fija y una placa de presión ajustable.
Según otra realización ventajosa, se puede prever que el lado de la placa de presión asociado a la placa base sea plano o tenga al menos un resalte sobresaliente, en particular plano, que esté en contacto con el conjunto de soldadura. Ventajosamente, el resalte sobresaliente es más pequeño en su sección transversal, es decir, en su extensión lateral, que el conjunto de soldadura o el componente en contacto con el resalte, de modo que se puede generar un gradiente de temperatura lateral al menos en el componente que está en contacto directo con el resalte.
La aplicación de la invención es particularmente ventajosa en la sinterización, preferentemente en la sinterización a presión, en la que se puede lograr una unión permanente de los componentes mediante el uso de presión a tempera­ turas reducidas. Gracias a la alineación específica de los componentes entre sí y a la posibilidad de controlar la altura, se pueden reducir significativamente los errores de producción y las uniones defectuosas. En particular, el proceso de unión puede mejorarse mediante un ajuste de temperatura más específico por medio del dispositivo de tope desde arriba, en el sentido de que se pueden controlar y optimizar específicamente otros parámetros del proceso.
FIGURAS
Otras realizaciones ventajosas de la invención se desprenden de la descripción y de las figuras.
La invención se describirá a continuación sobre la base de realizaciones ilustrativas con referencia a las figuras. Las figuras muestran:
Las Figuras 1 y 2 son representaciones esquemáticas de conjuntos de soldadura en vista lateral y en vista en planta parcial, que se unen provisionalmente con un material adhesivo según el método de la invención.
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de presión/temperatura para llevar a cabo el método.
La Figura 4 muestra un diagrama esquemático de presión/temperatura para llevar a cabo el método según la invención. La Figura 5 muestra un diagrama esquemático de temperatura/tiempo para llevar a cabo el método.
Las Figuras 6 y 7 son vistas laterales esquemáticas y parcialmente en sección de un dispositivo de soldadura en distintas posiciones de ajuste.
La Figura 8 muestra vistas laterales de varios conjuntos de soldadura, y
las Figuras 9 y 10 son representaciones esquemáticas de un dispositivo de soldadura dispuesto en una cámara de proceso.
La Figura 11a, b muestra una representación esquemática de otro dispositivo de soldadura.
La Figura 12a, b muestra una representación esquemática de otro dispositivo de soldadura adicional.
La Figura 13a, b muestra una representación esquemática de otro dispositivo de soldadura.
La Figura 14a, b muestra una representación esquemática de otro dispositivo de soldadura.
Las Figuras 1 y 2 muestran los componentes 12A, 12B que se van a unir con material de soldadura. Entre cada uno de los componentes 12A, 12B se dispone material 16 de soldadura, por ejemplo, en forma de una o varias islas de soldadura como las utilizadas en las matrices de mallas de bolas o BGA (Ball Grid Arrays). Los componentes 12A, 12B se apilan cada uno sobre otro componente en forma de soporte 14 de circuito, de manera que un componente 12B que descansa directamente sobre el soporte 14 de circuito puede haberse unido ya al soporte 14 de circuito en una etapa anterior, o puede haber en él también material 16 de soldadura en estado aún no fundido.
Los componentes 12B tienen una sección transversal igual o ligeramente mayor que la de los componentes 12A, por lo que pueden sobresalir ligeramente respecto a estos en todos sus lados. Por el contrario, el material 16 de soldadura dispuesto en forma de almohadillas es ligeramente más pequeño en sección transversal que los componentes 12A, de modo que existen estrechas cavidades circunferenciales a lo largo de los bordes de los componentes 12A y 12B. En cada una de estas cavidades, en la zona de las esquinas de los componentes, se introduce material adhesivo 18 en forma de pequeñas gotas, que une temporalmente los componentes para formar un respectivo conjunto 10 de soldadura. El material adhesivo 18 es preferentemente líquido o pastoso y comprende particularmente un alcohol terpénico, especialmente isobornil ciclohexanol. Por ejemplo, el isobornil ciclohexanol está disponible bajo el nombre comercial «Terusolve MTPH» de Nippon Terpene Chemicals, Inc.
El material adhesivo 18 fija los componentes 12A, 12B entre sí por adhesión en una posición de unión, de modo que quedan asegurados al menos en la dirección lateral contra el deslizamiento o el desplazamiento involuntarios, debidos, por ejemplo, a las vibraciones durante la transferencia a una cámara de proceso.
Un conjunto 10 de soldadura, como se muestra en las Figuras 1 o 2, puede entonces introducirse en una cámara de proceso, que puede comprender un dispositivo de soldadura. En las Figuras 9 y 10 se muestran ejemplos de cámaras de proceso que se explicarán con más detalle a continuación.
La cámara de proceso está sellada del entorno y tiene dispositivos respectivos que pueden cambiar la presión en la cámara de proceso o calentar o fundir los componentes 12A, 12B y el material 16 de soldadura. Además, puede haber otros dispositivos en la cámara de proceso que permiten volver a enfriar los componentes 12A, 12B unidos. Alternativamente, se pueden proporcionar una o más cámaras de proceso adicionales en las que uno o más conjuntos 10 de soldadura pueden ser transferidos automática o manualmente para el enfriamiento y/o las etapas de procesamiento posteriores.
A continuación se describe un método para realizar una unión soldada entre los componentes 12A, 12B según dos realizaciones diferentes.
Los diagramas de presión/temperatura (diagramas p/t) de las Figuras 3 y 4 muestran de forma esquemática los cam­ bios de presión y temperatura entre los distintos puntos del proceso, indicados con flechas. Una curva L de liquidus representa la línea límite de fase entre el estado de agregación sólido y líquido del material 16 de soldadura, por ejemplo, de una soldadura de estaño-plata-cobre, y transcurre casi independientemente de la presión a una tempera­ tura de unos 220 °C. Una línea límite P de fase caracteriza la transición del material adhesivo 18 de la fase líquida a la fase de vapor en función de la temperatura y la presión, donde el material adhesivo 18 está presente en la fase líquida a la izquierda por encima de la curva y en la fase de vapor a la derecha por debajo de la curva.
Para el isobornil ciclohexanol como material adhesivo 18 en el que se basan los diagramas p/t mostrados, el punto de ebullición a presión atmosférica está entre 308 °C y 313 °C. Al reducir la presión en la cámara de proceso, el punto de ebullición del material adhesivo puede reducirse por debajo del punto de fusión del material de soldadura. Esto permite calentar el conjunto 10 de soldadura hasta cerca del punto de fusión del material 16 de soldadura sin que el material adhesivo 18 se evapore.
Partiendo de un punto A de proceso con presión atmosférica y temperatura ambiente, inicialmente solo se aumenta la temperatura hasta alcanzar unos 180 °C en un punto B de proceso.
Según la Figura 3, la presión en la cámara de proceso se reduce en una etapa siguiente hasta que se alcanza un punto C de proceso a 180 °C y una presión entre 1 y 10 mbar. Durante la transición del punto B de proceso al punto C de proceso se cruza la línea límite P de fase, permitiendo que el material adhesivo 18 se evapore y se descargue de la cámara de proceso.
A continuación se puede introducir un detergente en la cámara de proceso, por ejemplo, ácido metanoico, hidrógeno, o se puede introducir o generar un plasma para limpiar los componentes 12A, 12B que se van a unir.
En una siguiente etapa se puede aumentar la temperatura desde 180 °C hasta la temperatura de fusión del material 16 de soldadura de 220 °C o más, de modo que se alcance el punto D de proceso.
De acuerdo con la invención y según la Figura 4, a diferencia del primer caso según la Figura 3, después de alcanzar el punto B de proceso, la presión se reduce solo hasta que se alcanza un punto B' de proceso que todavía está situado justo por encima de la línea límite P de fase del material adhesivo 18, es decir, todavía dentro de la fase líquida del material adhesivo. El punto B' de proceso, por ejemplo, se encuentra a una temperatura de 180 °C y una presión de entre 10 y 100 mbar.
Cuando se alcanza el punto B' de proceso, se introduce un detergente en la cámara de proceso como se ha descrito anteriormente para eliminar impurezas de los componentes 12A, 12B. A diferencia del primer caso (véase la Figura 3), en el punto B' de proceso el material adhesivo 18 aún no se evapora. Después de la limpieza, se sigue reduciendo la presión a una temperatura prácticamente constante hasta alcanzar el punto C de proceso con una temperatura de 180 °C y una presión de entre 1 y 10 mbar. El material adhesivo 18 comienza ahora a evaporarse y es descargado de la cámara de proceso junto con el detergente.
Seguidamente, a una presión aproximadamente constante, se aumenta la temperatura del conjunto 10 de soldadura hasta que se alcanza o se supera la curva L de liquidus en el punto D de proceso y el material 18 de soldadura se funde y se une a los componentes 12A, 12B.
En este punto cabe señalar que la transición entre los distintos puntos de proceso A, B, B', C, D es solo esquemática. Así, la temperatura y la presión también pueden modificarse simultáneamente, al menos por tramos, de modo que los estados no tienen que cambiar necesariamente desde un punto de vista isotérmico o isobárico. Sin embargo, antes de establecer las condiciones para que el material adhesivo 18 se evapore, es deseable llevar la temperatura del conjunto 10 de soldadura lo más cerca posible a la temperatura de liquidus del material 16 de soldadura para minimizar, en la medida de lo posible, el periodo de tiempo durante el cual el material adhesivo 18 ya se ha evaporado pero los componentes aún no se han unido.
Se entiende, además, que también pueden producirse desviaciones de presión durante el proceso debido a la evapo­ ración del material adhesivo 18 y/o de los disolventes o detergentes, ya que los correspondientes dispositivos de vacío de la cámara de proceso solo pueden descargar el gas acumulado de la cámara de proceso con un retraso de tiempo.
A continuación se muestra, con referencia a la Figura 5, un diagrama ilustrativo de temperatura/tiempo, en el que la variación de la temperatura del conjunto de soldadura a lo largo del tiempo se indica mediante una curva T de tempe­ ratura.
El proceso de soldadura puede dividirse en diferentes fases P1 a P4 de proceso, que están marcadas correspondien­ temente en la Figura 5. El diagrama también muestra diferentes zonas o periodos de tiempo en los que prevalecen determinadas condiciones atmosféricas de la cámara de proceso. Las zonas en las que hay una atmósfera de nitró­ geno se indican con la referencia N, las zonas en las que predomina el vacío (con diferentes presiones) se indican con la referencia V, y una zona en la que hay una atmósfera de detergente se indica con la referencia R.
Durante una fase P1 de precalentamiento, la temperatura del conjunto de soldadura se eleva hasta 160 °C a 180 °C. Durante la mayor parte de la fase P1 de precalentamiento, está presente una atmósfera de nitrógeno N, por lo que al final de dicha fase se crea un vacío V durante un breve periodo de tiempo.
A continuación se realiza la fase P2 de limpieza, en la que prevalece una atmósfera R de detergente y solo al final se genera un vacío V durante un corto periodo de tiempo. Esta breve fase de vacío marca la descarga del material adhesivo evaporado o del detergente. La temperatura solo cambia ligeramente durante la fase P2 de limpieza.
La fase P1 de precalentamiento y la fase P2 de limpieza tienen lugar ventajosamente en una primera cámara (cámara de precalentamiento) de un sistema multicámara.
Posteriormente, durante la fase P3 de fusión, la temperatura se incrementa hasta la temperatura de fusión del material de soldadura, de unos 220 °C, estando presente inicialmente una atmósfera de nitrógeno N, que se sustituye por un vacío V cuando se alcanza la temperatura de fusión. Al final de la fase P3 de fusión, se introduce de nuevo nitrógeno en la cámara de proceso, por lo que esta atmósfera N de nitrógeno se mantiene también durante la siguiente fase P4 de enfriamiento, en la que la temperatura se reduce a menos de 50 °C.
La fase P3 de fusión tiene lugar ventajosamente en una segunda cámara (cámara de soldadura) y la fase P4 de enfriamiento en una tercera cámara (cámara de enfriamiento), aunque las dos fases P3 y P4 también pueden tener lugar en una sola cámara.
Ventajosamente, las cámaras individuales pueden estar separadas unas de otras de forma estanca al gas, y se pro­ porciona un dispositivo transportador para hacer pasar los portapiezas a través de las cámaras individuales, de forma que se puede conseguir un alto rendimiento en la producción en cadena.
A continuación se describe un dispositivo 50 de soldadura según un primer caso y tomando como referencia las Figu­ ras 6 y 7. De manera ventajosa, el dispositivo de tope descrito a continuación se utiliza al menos en la cámara de enfriamiento durante la fase P4 de enfriamiento mientras la soldadura está todavía líquida. Para ello se puede aplicar una presión de contacto en la parte superior de los componentes.
El dispositivo 50 de soldadura incluye un bastidor base 54 y una unidad portadora 52 conectada al bastidor base 54. En el bastidor base 54 se coloca un sustrato 14 de un conjunto 10 de soldadura, el cual está pretensado en dirección al bastidor base 54 por resortes 72 de compresión que se apoyan en la unidad portadora 52. Una placa 64 de presión está montada de forma elástica en la unidad portadora 52 por medio de resortes 70 de compresión. La placa 64 de presión tiene un dispositivo de tope con una pluralidad de elementos 68 de tope que se fijan a la placa 64 de presión en longitud ajustable mediante roscas de ajuste. La placa base 66 lleva integrado un sensor de temperatura cargado por resorte en un agujero pasante que puede medir la temperatura del sustrato 14.
Después de que el conjunto 10 de soldadura haya sido colocado en el bastidor base 54 y la unidad portadora 52 haya sido fijada al bastidor base 54, la unidad que comprende la unidad portadora 52 y el bastidor base 54 puede ser insertada en una unidad 56 de sujeción, donde el bastidor base 54 queda fijado por medio de rodillos guía 58, 60 y barras 62 de sujeción.
El dispositivo 50 de soldadura comprende además una placa base 66 de altura ajustable, que puede entrar en contacto directo con el sustrato 14 a través del bastidor base 54, que está abierto en su parte inferior.
El dispositivo 50 de soldadura puede estar dispuesto en una cámara de proceso evacuable, que se describirá con más detalle a continuación.
La placa base 66 y/o la placa 64 de presión pueden estar conectadas a fuentes de calor y/o disipadores térmicos, no mostrados, que permiten calentar y/o enfriar el conjunto 10 de soldadura. Cuando la placa base 66 se desplaza en la dirección de la flecha (Figura 7) hacia la placa 64 de presión, el soporte 14 de circuito, incluidos los componentes 12A, 12B montados en él, se eleva del bastidor base 54 contra la fuerza de los resortes 72 de compresión. Después de un determinado recorrido de ajuste, el componente superior 12B hace tope con la placa 64 de presión, de modo que el conjunto 10 de soldadura es sometido a una fuerza de prensado y los componentes 12A, 12B o el soporte14 de circuito son comprimidos hasta que los elementos 68 de tope hacen tope con su extremo libre en el soporte 14 de circuito. En esta posición, representada en la Figura 7, la placa 64 de presión y la placa base 66 han alcanzado su distancia mínima, de modo que el conjunto 10 de soldadura no puede seguir siendo comprimido. Esto permite crear un conjunto 10 de soldadura con una altura definida h, según la Figura 8.
Si en lugar del soporte 14 de circuito se inserta una placa de soporte auxiliar (no mostrada) en el bastidor base 54, sobre el que simplemente se colocan uno o más componentes 12A, 12B sin material de soldadura, y se coloca a su vez material 16 de soldadura sobre los componentes 12A, 12B, es posible proporcionar a estos componentes 12A, 12B una capa de material 16 de soldadura fundido, que también tiene una altura h definida (véase la Figura 8), antes de realizar una unión soldada real. Para ello, la placa 64 de presión puede estar provista de un revestimiento de agente separador en el punto de contacto con el material 16 de soldadura.
Haciendo referencia a las Figuras 9 y 10, a continuación se describen los dispositivos150, 250 de soldadura según un segundo y un tercer caso. Los dispositivos 150, 250 de soldadura incluyen una cámara 74 de proceso evacuable sellada del entorno. En la cámara 74 de proceso se muestra, únicamente de forma esquemática, una unidad 56 de sujeción, la cual recibe o soporta un bastidor base 54. A su vez, un soporte 14 de circuito está montado en el bastidor base 54 como parte de dos conjuntos 10 de soldadura.
El dispositivo 150 de soldadura (Figura 9) comprende una placa 64 de presión montada en la cámara 74 de proceso.
El dispositivo 250 de soldadura (Figura 10) comprende una placa 64 de presión que está montada en el bastidor base 54 de manera similar al primer caso (Figuras 6 y 7).
Los dispositivos 150, 250 de soldadura comprenden además una placa base 66 de altura ajustable que puede entrar en contacto con el sustrato a través de una abertura en el bastidor base 54. En este caso, el sustrato con los dos conjuntos 10 de soldadura puede ser presionado contra la placa 64 de presión. La placa 64 de presión lleva fijados elementos 68 de tope que, cuando se alcanza una distancia mínima entre la placa base 66 y la placa 64 de presión, se apoyan en el soporte 14 de circuito para que los conjuntos 10 de soldadura no sigan comprimiéndose y tengan así una altura definida.
En este caso, los elementos 68 de tope también pueden ser ajustables en altura.
La placa 64 de presión puede ser plana (Figuras 6, 7 y 10) o, según una variante, puede tener uno o más resaltes 76 sobresalientes que entran en contacto con los conjuntos 10 de soldadura (Figura 9). Como se muestra en la Figura 9, los resaltes 76 pueden tener una sección transversal ligeramente más pequeña, de modo que solo entren en contacto con una parte de la superficie del componente superior. Esto permite crear un gradiente de temperatura dentro de los componentes.
Ventajosamente, la placa de presión puede utilizarse para conseguir distintos sistemas de refrigeración selectiva en el ámbito de la alineación horizontal. El enfriamiento selectivo al final del proceso de soldadura es conocido en el estado de la técnica. En este sentido, existen sistemas para vaporizar con refrigerante un material de soldadura desde el lado inferior o para contactarlo mecánicamente mediante pines de enfriamiento. Esto garantiza que la soldadura se solidifique de manera definida desde el interior hacia el exterior durante el proceso de solidificación, evitando así que aparezcan huecos y defectos en la estructura de la soldadura. En las siguientes Figuras 11 a 14 (en cada caso con la placa de presión retirada y presionada), se muestran varios sistemas para llevar a cabo un contacto mecánico me­ diante un dispositivo de refrigeración o calentamiento desde la parte superior de un componente a fin de poder con­ trolar selectivamente el calentamiento o el enfriamiento de manera que pueda influirse selectivamente en el proceso de solidificación de la soldadura también desde arriba por una unión mecánica mediante la placa de presión.
En las Figuras 11 a 14 se muestran diversas formas que ilustran varias posibilidades de enfriar o calentar selectiva­ mente conjuntos de soldadura de forma homogénea o no homogénea desde un lado superior:
En la Figura 11a (con la placa 64 de presión separada), un resalte 76 de la placa 64 de presión, que puede enfriarse o calentarse, se desplaza sobre un conjunto 10 de soldadura formado por componentes 12 apilados unos sobre otros y unidos mediante material 16 de soldadura (véase la Figura 11b) para enfriar/calentar desde arriba. La trayectoria de presión está limitada por los elementos 68 de tope, que se apoyan en una parte superior de un bastidor 82 de compo­ nente o guía. La placa 64 de tope es guiada por un bastidor 84 de sujeción del dispositivo de presión que enmarca la placa 64 de presión, donde el bastidor 84 de sujeción puede ser calentado o enfriado selectivamente por medio de conexiones 78 de un termofluido. El termofluido puede ser agua mezclada con glicol y estar bajo presión, lo que permite un rápido ajuste de la temperatura de la placa de presión. La placa base 66 que soporta el soporte 14 de circuito también puede ser calentada o enfriada por un termofluido a través de conexiones 78, permitiendo el ajuste de la temperatura tanto desde arriba como desde abajo. Antes de aplicar presión, el material 16 de soldadura está distribuido de forma no homogénea bajo el conjunto 10 de soldadura, lo que da lugar a una posición inclinada del conjunto 10 de soldadura con respecto al soporte 14 de circuito y a una distribución diferente de la soldadura. Después de la aplicación de presión de la Figura 11b, se puede lograr una alineación horizontal y un material de soldadura homogéneo dentro y debajo del conjunto 10 de soldadura.
En una configuración del caso de la Figura 12a (placa 64 de presión separada) y de la Figura 12b (aplicación de presión sobre el conjunto 10 de soldadura), distinta a la de la Figura 11, un conjunto 10 de soldadura global que comprende una pluralidad de componentes 12a a 12d es comprimido por una única placa 64 de presión. Nuevamente es posible ajustar la temperatura de la placa 64 de presión mediante un bastidor 84 de sujeción que contiene fluido y también de la placa base 66 dispuesta debajo del conjunto 10 de soldadura mediante el soporte 14 de circuito. El conjunto de soldadura tiene una pluralidad de componentes 12c, 12d adyacentes intercalados con componentes 12a, 12b más grandes que actúan como base y cubierta. La alineación de los componentes 12a, 12b más grandes, por ejemplo, la placa de refrigeración y la placa base, provoca la alineación de los componentes 12c, 12d más pequeños.
En la forma mostrada en las Figuras 13a, 13b (representación abierta y presionada respectivamente) de un dispositivo de tope, se proporcionan varias placas 64a, 64b de presión, que pueden desplazarse por separado e individualmente, pero que también pueden desplazarse juntas en un bastidor 84 de sujeción. Las placas 64a, 64b de presión compren­ den respectivamente elementos 68 de presión ajustables individualmente, que pueden tener, por ejemplo, diferentes alturas, y cuya temperatura puede ajustarse por separado o conjuntamente por medio de conexiones 78 de fluido. Diferentes conjuntos 10a, 10b de soldadura pueden ser comprimidos sobre un soporte 14 de sustrato por medio de resaltes 76 de forma adaptada a la altura y tamaño de la superficie. Esto permite enfriar y alinear selectivamente soldaduras 10 de diferentes alturas. La capacidad de calentamiento o enfriamiento se puede ajustar individualmente en diferentes elementos de presión. Los distintos elementos 76 de tope permiten ajustar individualmente las alturas de tope de las placas 64a, 64b de presión.
Por último, la forma mostrada en las Figuras 14a, 14b (estado abierto y presionado) ilustra una placa 64 de presión sin su propio dispositivo de refrigeración o calentamiento. La temperatura de la placa 64 de presión puede ajustarse indirectamente por un dispositivo de refrigeración o calentamiento dispuesto lateralmente, que está integrado en un bastidor 84 de sujeción de la placa 64 de presión. Por ejemplo, la placa 64 de presión puede estar integrada en un dispositivo de sujeción, y/o su temperatura puede ser ajustada mediante un dispositivo de refrigeración o calentamiento dispuesto debajo de la soldadura. En la placa de presión están dispuestos unos resaltes verticales 76 que pueden contactar de forma selectiva con áreas superficiales individuales del conjunto 10 de soldadura y que pueden introducir o eliminar calor de forma selectiva. Los resaltes 76 también sirven como elementos 68 de tope. En este sentido, los componentes 12a individuales pueden ser comprimidos y sometidos a un ajuste de temperatura, mientras que otros componentes 12b, 12c sensibles a la presión del conjunto 10 de soldadura se dejan libres.
Las formas mostradas en las Figuras 11-14 pueden utilizarse individualmente o en combinación, y pueden comple­ mentarse y combinarse sinérgicamente entre sí, o desarrollar individualmente sus efectos beneficiosos.
En todas las formas del dispositivo 50, 150, 250 de soldadura (Figuras 6 a 14), los componentes 12A, 12B pueden estar unidos provisionalmente entre sí, con el material 16 de soldadura y/o con el soporte 14 de circuito o sustrato de la manera descrita en relación con las Figuras 1 a 5 utilizando material adhesivo 18.
Lista de referencias
10 Conjunto de soldadura
12A, 12B Componente
14 Sustrato/soporte de circuito
16 Material de soldadura
18 Material adhesivo
50, 150, 250 Dispositivo de soldadura
52 Unidad portadora
54 Bastidor base
56 Unidad de sujeción
58, 60 Rodillo guía
62 Barra de sujeción
64 Placa de presión
66 Placa base
68 Elemento de tope
70, 72 Resorte de compresión
74 Cámara de proceso
76 Resalte
78 Conexión del fluido de ajuste de temperatura
82 Bastidor de componente
84 Bastidor de sujeción del dispositivo de presión
A, B, B', C, D Punto de proceso
L Curva de liquidus
N Atmósfera de nitrógeno
P Línea límite de fase
P1 Fase de precalentamiento
P2 Fase de limpieza
P3 Fase de fusión
P4 Fase de enfriamiento
R Atmósfera de detergente
T Curva de temperatura
V Vacío

Claims (18)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método para realizar una unión soldada entre una pluralidad de componentes (12A, 12B) en una cámara (74) de proceso sellada del entorno mediante el calentamiento y la fusión de material (16) de soldadura que está dispuesto entre los componentes (12A, 12B) a unir, donde los componentes (12A, 12B) a unir se unen provi­ sionalmente con un material adhesivo (18) para formar un conjunto (10) de soldadura en el que los compo­ nentes (12A, 12B) se fijan entre sí en una posición de unión, caracterizado por que el conjunto (10) de soldadura se calienta hasta una temperatura intermedia que es inferior a la temperatura de fusión del material (16) de soldadura a presión atmosférica y por que la presión en la cámara (74) de proceso se reduce hasta una presión inferior a la presión de vaporización del material adhesivo (18) a la temperatura intermedia para que el material adhesivo (18) se vaporice, donde en primer lugar la presión en la cámara (74) de proceso se reduce hasta una presión superior a la presión de vaporización del material adhesivo (18) a la temperatura intermedia para que el material adhesivo (18) no se evapore todavía, posteriormente se introduce en la cá­ mara (74) de proceso un detergente, en particular ácido metanoico, hidrógeno o un plasma, para limpiar el conjunto (10) de soldadura, y posteriormente además se reduce la presión en la cámara (74) de proceso hasta una presión inferior a la presión de evaporación del material adhesivo (18) a la temperatura intermedia.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que se elige un material adhesivo (18) que se evapore durante la realización de la unión soldada.
  3. 3. Método según la reivindicación 2, caracterizado por que la temperatura de evaporación del material adhe­ sivo (18) a una presión de evaporación inferior a la presión atmosférica es inferior a la temperatura de fusión del material (16) de soldadura a presión atmosférica.
  4. 4. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que la temperatura intermedia se mantiene a un valor de temperatura predeterminado o dentro de un rango de temperatura predeterminado durante la disminución de la presión en la cámara (74) de proceso hasta una presión inferior a la presión de evaporación del material adhesivo (18) al menos hasta que el material adhesivo (18) se evapore completamente.
  5. 5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material adhesivo (18) está dispuesto en la zona de los bordes y/o esquinas y/o central de los componentes (12A, 12B) a unir y/o del material (16) de soldadura.
  6. 6. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fusión del material (16) de soldadura se produce después de la evaporación del material adhesivo (18).
  7. 7. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material adhesivo (18) es líquido o pastoso y comprende en particular un alcohol terpénico, en particular isobornil ciclohexanol.
  8. 8. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conjunto (10) de soldadura está alojado en un dispositivo de soldadura dispuesto en la cámara (74) de proceso al menos durante la fusión del material (16) de soldadura, donde el dispositivo (50, 150, 250) de soldadura tiene una placa base (66) y una placa (64) de presión, entre las cuales se aloja el conjunto (10) de soldadura y que son ajustables entre sí con respecto a su espaciado para ejercer una fuerza de prensado sobre el conjunto (10) de soldadura, y tiene también un dispositivo de tope que limita la distancia entre la placa base (66) y la placa (64) de presión a una distancia mínima para que el conjunto (10) de soldadura tenga un espesor predeterminado después de la fusión del material (16) de soldadura.
  9. 9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por que el dispositivo de tope está dispuesto en la placa base (66) o en la placa (64) de presión.
  10. 10. Método según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que el dispositivo de tope es ajustable en su distan­ cia mínima.
  11. 11. Método según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que el dispositivo de tope comprende una pluralidad de elementos (68) de tope, en particular ajustables en longitud.
  12. 12. Método según la reivindicación 11, caracterizado por que cada elemento de tope comprende un dispositivo de ajuste que preferentemente interactúa con un dispositivo de ajuste complementario previsto en la placa base (66) o en la placa de presión (64).
  13. 13. Método según las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que los elementos de tope están dispuestos de manera que, cuando se alcanza la distancia mínima, se apoyan con un extremo libre respectivo contra un componente (12A, 12B, 14) del conjunto (10) de soldadura, contra un bastidor base (54) que soporta uno de los componentes (12A, 12B, 14) o contra la placa base (66).
  14. 14. Método según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado por que la placa base (66) y/o la placa (64) de presión pueden ser calentadas y/o enfriadas.
  15. 15. Método según una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado por que el dispositivo (50, 150, 250) de soldadura comprende una unidad portadora (52) en la que se apoya o se monta directa o indirectamente de forma elástica la placa (64) de presión.
  16. 16. Método según la reivindicación 15, caracterizado por que la fuerza de resorte ejercida por la placa (64) de presión sobre el conjunto (10) de soldadura es ajustable.
  17. 17. Método según la reivindicación 15 o 16, caracterizado por que la placa base (66) es ajustable con respecto a la unidad portadora (52).
  18. 18. Método según una de las reivindicaciones 8 a 17, caracterizado por que el lado de la placa (64) de presión asociado a la placa base (66) es plano o tiene al menos un resalte (76) sobresaliente, en particular plano, que está en contacto con el conjunto (10) de soldadura.
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